Propriedades Básicas dos Fluidos · Mecânica dos Fluidos? O projeto de todos os meios de transporte requer a aplicação dos princípios de Mecânica dos ... Introdução à Mecânica

8/5/2015

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UNIFEBFenômenos de Transporte IMecânica dos Fluidos

Introdução

Propriedades Básicas dos Fluidos

Prof. Marcelo Henrique

Introdução

Mecânica: Ciência que estuda o equilíbrio e omovimento de corpos sólidos, líquidos egasosos, bem como as causas que provocameste movimento;

Em se tratando somente de líquidos e gases,que são denominados fluidos, recai-se noramo da mecânica conhecido como Mecânicados Fluidos.

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Introdução

Mecânica dos Fluidos: Ciência que trata docomportamento dos fluidos em repouso e emmovimento. Estuda o transporte de quantidade demovimento nos fluidos.

Exemplos de aplicações:

O estudo do comportamento de um furacão;

O fluxo de água através de um canal;

As ondas de pressão produzidas na explosão de umabomba;

As características aerodinâmicas de um aviãosupersônico;

Por que estudarMecânica dos Fluidos?

O conhecimento e entendimento dos

princípios e conceitos básicos da

Mecânica dos Fluidos são essenciais na

análise e projeto de qualquer sistema no

qual um fluido é o meio atuante.

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O projeto de todos os meios de transporte requer aaplicação dos princípios de Mecânica dos Fluidos.Exemplos:

as asas de aviões para voos subsônicos esupersônicos

máquinas de grande efeito

aerobarcos

pistas inclinadas e verticais para decolagem

cascos de barcos e navios

projetos de submarinos e automóveis


Projeto de carros e barcos de corrida (aerodinâmica);

Sistemas de propulsão para voos espaciais;

Sistemas de propulsão para fogos de artifício;

Projeto de todos os tipos de máquinas de fluxo incluindo bombas, separadores, compressores e turbinas;

Lubrificação;

Sistemas de aquecimento e refrigeração para residências particulares e grandes edifícios comerciais;

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O desastre da ponte sobre o estreito de Tacoma(1940) evidencia as possíveis consequências queocorrem, quando os princípios básicos da Mecânicados Fluidos são negligenciados;

A ponte suspensa apenas 4 meses depois de ter sidoaberta ao tráfego, foi destruída durante um vendaval;

Inicialmente, sob a ação do vento, o vão central pôs-se a vibrar no sentido vertical, passando depois avibrar torcionalmente, com as torções ocorrendo emsentido oposto nas duas metades do vão. Uma horadepois, o vão central se despedaçava.


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O sistema de circulação do sangue no corpo humanoé essencialmente um sistema de transporte de fluidoe como conseqüência o projeto de corações epulmões artificiais são baseados nos princípios daMecânica dos Fluidos;

O posicionamento da vela de um barco para obtermaior rendimento com o vento e a forma e superfícieda bola de golfe para um melhor desempenho sãoditados pelos mesmos princípios.

Aceno Histórico

Até o início do século o estudo dos fluidos foiefetuado essencialmente por dois grupos –Hidráulicos e Matemáticos;

Os Hidráulicos trabalhavam de forma empírica,enquanto os Matemáticos se concentravam naforma analítica;

Posteriormente tornou-se claro para pesquisadoreseminentes que o estudo dos fluidos deve consistir emuma combinação da teoria e da experiência;

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Importância

Nos problemas mais importantes, tais como: Produção de energia Produção e conservação de alimentos Obtenção de água potável Poluição Processamento de minérios Desenvolvimento industrial Aplicações da Engenharia à Medicina

Sempre aparecem cálculos de: Perda de carga Forças de arraste Trocas de calor Troca de substâncias entre fases

Importância

Desta forma, torna-se importante o

conhecimento global das leis tratadas no

que se denomina Fenômenos de

Transporte.

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Os Fenômenos de Transporte na Engenharia

Engenharia Civil e Arquitetura

Constitui a base do estudo de hidráulica e

hidrologia e tem aplicações no conforto térmico

em edificações


Engenharias Sanitária e Ambiental

Estudos da difusão de poluentes no ar, na água e

no solo;

Engenharias Alimento e Química

Estudos de transferência de calor e massa em

processos de fabricação de alimentos e destilarias.

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Engenharia Mecânica

Processos de usinagem, processos de

tratamento térmico, cálculo de máquinas

hidráulicas, transferência de calor das

máquinas térmicas e frigoríficas e Engenharia

aeronáutica


Engenharia Elétrica e Eletrônica

Importante nos cálculos de dissipação de

potência, seja nas máquinas produtoras ou

transformadoras de energia elétrica, seja na

otimização do gasto de energia nos

computadores e dispositivos de comunicação;

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Referências

Mecânica dos fluidos – Franco Brunetti;

Introdução à Mecânica dos Fluidos – Fox

https://marceloeng.wordpress.com/

Cronograma

P1 – 05/OUT

P2 – 23/NOV

SUB – 07/DEZ

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Quais as diferenças fundamentais entre

fluido e sólido?

Fluido é mole e deformável

Sólido é duro e muito pouco deformável

Passando para uma linguagem científica:

A diferença fundamental entre sólido e fluido está relacionada com a estrutura molecular:

Sólido: as moléculas sofrem forte força de atração (estão muito próximas umas das outras) e é isto que garante que o sólido tem um formato próprio;

Fluido: apresenta as moléculas com um certo grau de liberdade de movimento (força de atração pequena) e não apresentam um formato próprio.

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Fluidos:Líquidos e Gases

Líquidos:

- Assumem a forma dos recipientes que os contém;

- Apresentam um volume próprio (constante);

- Podem apresentar uma superfície livre;

Gases e vapores:

-apresentam forças de atração intermoleculares desprezíveis;

-não apresentam nem um formato próprio e nem um volume próprio;

-ocupam todo o volume do recipiente que os contém.

Fluidos:Líquidos e Gases

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Teoria Cinética Molecular

“Qualquer substância pode apresentar-se sob qualquer dos três estados físicos fundamentais, dependendo das condições ambientais em que se encontrarem”

Estados Físicos da Matéria

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Fluidos

De uma maneira geral, o fluido é caracterizadopela relativa mobilidade de suas moléculas que,além de apresentarem os movimentos derotação e vibração, possuem movimento detranslação e portanto não apresentam umaposição média fixa no corpo do fluido.

Fluidos x Sólidos

A principal distinção entre sólido e fluido, é pelocomportamento que apresentam em face àsforças externas.

Por exemplo, se uma forçade compressão fosse usadapara distinguir um sólido deum fluido,este último seria inicialmentecomprimido, e a partir de umcerto ponto ele secomportariaexatamente como se fosseum sólido, isto é, seriaincompressível.

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Fatores importantes na diferenciação entre sólido

e fluido

O fluido não resiste aesforços tangenciaispor menores que estessejam, o que implicaque se deformamcontinuamente.

F

Já os sólidos, aoserem solicitadospor esforços,podem resistir,deformar-se e ouaté mesmocisalhar.

Fatores importantes na diferenciação entre sólido

e fluido

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Fluidos x Sólidos

Os sólidos resistem às forças de cisalhamentoaté o seu limite elástico ser alcançado (estevalor é denominado tensão crítica decisalhamento), a partir da qual experimentamuma deformação irreversível, enquanto que osfluidos são imediatamente deformadosirreversivelmente, mesmo para pequenosvalores da tensão de cisalhamento.

Fluidos: outra definição

Um fluido pode ser definido comouma substância que mudacontinuamente de forma enquantoexistir uma tensão de cisalhamento,ainda que seja pequena.

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Propriedades dos fluidos

Massa específica -

- É a razão entre a massa do fluido e o volume que contém essa massa (pode ser denominada de densidade absoluta)

Sistema SI............................Kg/m3

V

m

volume

massa

Massas específicas de alguns fluidos

Fluido (Kg/m3)

Água destilada a 4 oC 1000

Água do mar a 15 oC 1022 a 1030

Ar atmosférico à pressão atmosférica e 0 oC

1,29

Ar atmosférico à pressão atmosférica e 15,6 oC

1,22

Mercúrio 13590 a 13650

Petróleo 880

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Peso específico -

- É a razão entre o peso de um dado fluido e o volume que o contém;

- O peso específico de uma substância é o seu peso por unidade de volume;

Sistema SI............................N/m3

V

G

volume

peso

W


Relação entre peso específico e massa específica

gV

gm

V

G

W

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Volume Específico - Vs

Vs= 1/ =V/m- É definido como o volume ocupado pela unidade de massa de uma substância, ou seja, é o inverso da massa específica

Sistema SI............................m3/Kg


Densidade Relativa - δ (ou Densidade)

É a relação entre a massa específica de uma substância e a de outra tomada como referência

δ = o

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Para os líquidos a referência adotada é a água a 4oC

Sistema SI.....................ρ0 = 1000kg/m3



Para os gases a referência é o ar atmosférico a 0oC

Sistema SI................. ρ0 = 1,29 kg/m3

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Viscosidade cinemática -

Equação dimensional possibilita a definiçãoqualitativa da viscosidade cinemática

[] = L2*T-1

Observações sobre a unidadede

SI e MK*S – [] = m²/s

CGS - [] = cm²/s = stokes (St)

1 cSt = 10-2 St = 10-2 cm²/s = 10-6 m²/s

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